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Las nubes de puntos representan tridimensionalmente la realidad con una alta representatividad. Dependiendo de la capacidad del sensor y de las condiciones de la medición, la nube obtenida puede variar en su resolución y precisión.
Los sensores de escáner láser fijos de infraestructura, como Trimble SX12 y Trimble X7, brindan un campo de visión de 360° x 300° y 360° x 282°, respectivamente. Es decir, que desde una posición de escáner es posible obtener un levantamiento completo de forma horizontal y parcial de forma vertical, no midiendo sólo el inferior del equipo, básicamente el área que genera el trípode en el terreno. Sin embargo, cualquier obstrucción en la línea de visión del escáner, dejará una zona sin datos, por lo que es necesario realizar cambios de posición para complementar el levantamiento.
Cada vez que se realiza una medición con un escáner láser se genera un sistema de coordenadas local, definido por la fuente del láser como las coordenadas de origen (0,0,0) y su orientación definida por la posición del equipo.
Todos los distintos sistemas de coordenada generados por los cambios de posición deben ser unificados para obtener una nube de puntos única. Para esto es necesario realizar el proceso de registro, referenciación y/o georreferenciación.
Es el proceso de unión de nubes de puntos por medio de objetos artificiales (no propios del entorno de medición) o naturales, para generar una nube de puntos única.
El proceso de registro se puede realizar en gabinete, a través del procesamiento en software como Trimble RealWorks o Trimble Business Center, o en el mismo terreno, gracias al software de campo de Trimble X7, Trimble Perspective.
Hay diversas formas de registro de datos:
El registro mediante objetos artificiales utiliza accesorios como esferas y tarjetas blanco y negro, las cuales se ubican en el entorno de medición.
Este método utiliza esferas (objetos artificiales) para la unión de nubes de puntos. Se ubican esferas alrededor de la zona de medición, cuidando no tener obstrucciones en la línea de visión entre escáner-esfera y a una distancia adecuada para su correcta definición (densidad de puntos). En la próxima posición de escáner se recomienda tener visión a 4 esferas mínimo de la posición anterior, para poder realizar el registro con estas esferas coincidentes. Y así sucesivamente se va repitiendo el procedimiento con las siguientes posiciones.
Mientras mayor cantidad de esferas coincidentes entre una posición y otra, se obtiene mayor grado de libertad beneficiando el ajuste entre las posiciones.
Las esferas deben ser posicionadas de forma aleatoria (no siguiendo ningún patrón) y en lo posible, bien distribuidas horizontalmente y verticalmente, para controlar todas las direcciones de la medición.
La distancia a la que se ubican las esferas del escáner depende de la densidad de puntos que se utilice para la medición y del tamaño de las esferas. Esto, para asegurar una buena densidad de puntos para su posterior reconocimiento.
El material con que se fabrican estas esferas es resistente y minimiza las posibles deformaciones por temperatura y presión. Además, su diámetro se define con una alta precisión para ser utilizado como puntos de control.
La ventaja de las esferas en comparación con las tarjetas blanco y negro, es que permite su ubicación a mayor distancia del escáner, es visible bajo cualquier ángulo y se obtiene una mayor precisión en el registro.
Mediante el procesamiento de datos en Trimble Realworks es posible identificar manual o automáticamente estas esferas, por medio de la búsqueda y ajuste de una esfera con un diámetro idéntico. De esa forma se obtiene la coordenada del centro de cada una en el sistema de coordenadas de esa posición de escáner.
Esto se repite en todas las posiciones de escáner, obteniendo puntos de control coincidentes, pero con distintos sistemas de coordenadas.
Realworks realiza una transformación de coordenadas terrestre brindando una tabla de datos con las precisiones obtenidas del ajuste de una esfera teórica a la nube de puntos y los residuales entre la misma esfera medida desde distintas posiciones. Esto permite realizar un control de calidad, eliminando esferas con malas precisiones y residuales, producto de una mala geometría, vibraciones y/o movimientos, siempre teniendo el cuidado de no perder representatividad en el control geométrico.
Este método utiliza tarjetas (objetos artificiales) para la unión de nubes de puntos. Sigue el mismo procedimiento de terreno que el registro mediante esferas.
Las tarjetas blanco y negro pueden ser impresas en papel común o adhesivo para facilitar su instalación. Los softwares de procesamiento buscan el cambio de intensidad del área negra y blanca para identificar su centro, y ser utilizado como puntos de control.
El uso de tarjetas tiene la ventaja que es simple y accesible su producción, pero poseen ciertas limitaciones al momento de la medición. Las tarjetas deben medirse de frente, ya que, si la medición se realiza de forma tangencial, la detección del centro no es posible o pierde precisión. Además, por lo general no se recomienda que estén ubicadas a una distancia mayor de 15 metros aproximadamente, ya que es necesaria una alta densidad de puntos para definir correctamente su centro.
Si bien las tarjetas pueden ser utilizadas para el proceso de registro, también se utilizan para el referenciamiento o georreferenciamiento de la nube de puntos, debido a la facilidad de asignar directamente coordenadas de proyecto con una estación total.
Destacar el escáner Trimble X7 que cuenta con un modo de medición de puntos de control para referenciar las nubes de puntos en terreno al sistema de coordenadas del proyecto.
El registro mediante objetos naturales utiliza los mismos componentes presentes en el entorno de la medición. Utiliza la extracción discreta de forma manual y automática, cómo también la misma nube de puntos de forma masiva.
Esta herramienta está presente en el software Trimble Realworks y Trimble Business Center, los cuáles utilizan la misma nube de puntos levantada para realizar un registro automatizado. El software busca elementos planos y verticales aproximadamente de 20 cm x 20 cm para ser utilizados dentro del ajuste. Esto lo realiza en todas las estaciones buscando coincidencia.
Es ideal en ambientes cerrados con muros verticales y no recomendable para lugares abiertos ni túneles.
El registro nube a nube utiliza el levantamiento masivo ajustando las nubes de dos posiciones, una de referencia que se asigna como fija y una nube móvil, la cual se ajusta a la nube de referencia.
Utilizar este método permite una mayor productividad en terreno, ya que no es necesario la instalación de esferas ni tarjetas para el registro, pero puede que aumente el tiempo de procesamiento en gabinete.
Este método es susceptible al propio ruido de la nube de puntos y a las condiciones de la medición en cuanto a la diferencia de movimientos que tienen los equipos del entorno. En áreas industriales donde existen múltiples equipos en funcionamiento, puede verse afectada la precisión del registro u sea necesario eliminar esas zonas del ajuste entre nubes.
Esto también puede ocurrir mediante el método de esferas y tarjetas b/n pero es posible controlar mejor la ubicación de cada esfera para evitar movimientos o vibraciones.
La elección del método de registro dependerá de las condiciones de operación del sector y a la relación precisión-productividad que se necesite.
La referenciación consiste en posicionar y orientar una nube de puntos en un sistema de coordenadas local definido.
La referenciación por lo general se realiza sobre una nube de puntos ya registrada, de manera de transformar una nube de puntos única que está en un sistema de coordenadas local del escáner a un sistema de coordenadas de proyecto. Es lo que realiza Trimble X7 en terreno gracias a su puntero láser o el proceso que se realiza en gabinete con TRW o TBC.
Por otro lado, Trimble SX12 estación total de escaneo que tiene la capacidad de escanear e instalar el instrumento con un flujo de trabajo topográfico tradicional, permite referenciar cada posición en un mismo sistema de coordenadas, lo que es distinto a registrar. En la referenciación las nubes de puntos no interactúan entre sí directamente, sino que lo hacen por medio de un sistema de coordenadas común establecido por la estación total de escaneo.
Este flujo de trabajo es ideal para ambientes abiertos con largas distancias donde es complejo el traslape entre posiciones de escáner. En estos ambientes se generan visuales extensas que permiten una alta precisión en la instalación de cada posición, en cambio, en entornos cerrados con distancias reducidas, no se recomienda por las visuales cortas que pueden provocar dobles capas entre posiciones y el elevado tiempo que requiere este método para múltiples posiciones. Para estos ambientes reducidos Trimble SX12 puede escanear sin referenciar en terreno y luego en gabinete con TBC se puede realizar el proceso de registro.
La georreferenciación es similar a la referenciación, pero con la diferencia que considera transformar la nube de puntos a un sistema de coordenadas global.
